JP2007015036A - ホーニング加工装置およびホーニング加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 砥石の自生をタイミングよく行わせる。
【解決手段】 ホーニングヘッド５の先端外周に設けた砥石１９は、油圧ポンプ３１，油圧サーボバルブ２３を介して拡張用油圧シリンダ８に導入する油圧により拡張し、ライナ３の内面３ａを押し付けつつホーニング加工する。このとき、加工面が摩擦熱で高くなると、ピストンロッド１５に内蔵しているヒートパイプにより、その熱を作動油室１３内の作動油に伝達して温度上昇させる。これにより、作動油は膨張しピストンロッド１５を前進させて拡張圧を高め、砥石１９は、自ら砥粒を脱落させて自生を行い、切れ味が復元する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ワークの被加工孔内に挿入されかつワークに対して相対回転可能なヘッド本体の外周部に、被加工面に対して接近離反移動可能に砥石を設けるとともに、この砥石を、被加工面に向けて押し付けるべく拡張させて拡張圧を発生させる拡張手段を備えたホーニング加工装置およびホーニング加工方法に関する。

従来、この種のホーニング加工装置としては、例えば下記特許文献１，２に記載されたものがある。このようなホーニング加工装置を用いたホーニング加工は、研削加工と同じように砥石を用い、ワークを磨く工法である。

ここで、研削加工で使用する砥石については、ダイヤモンド製のツルア（またはドレッサ）によって形状を整え、成形した砥石形状をワークに転写するものであるが、ホーニング砥石は、通常ツルアやドレッサを用いずに、切れ味が悪くなると、砥石を被加工面に向けて押し付ける拡張圧を変化させ、砥石自ら砥粒を脱落させて、いわゆる砥石の自生を行い、切れ味を復元させている。
特開平６−２７００５０号公報 特開２００１−６２７２１号公報

しかしながら、砥石の自生をタイミングよく行うのが難しく、加工中に効率よく自生を実施することが困難となっている。

そこで、本発明は、砥石の自生をタイミングよく行わせることを目的としている。

本発明は、被加工面を内面に備えたワークの被加工孔内に挿入されかつワークに対して相対回転可能なヘッド本体の外周部に、前記被加工面に対して接近離反移動可能に砥石を設けるとともに、この砥石を、前記被加工面に向けて押し付けるべく拡張させて拡張圧を発生させる拡張手段を前記ヘッド本体に設け、前記砥石の前記被加工面に対する加工点の温度が所定値以上のときに、前記拡張手段による拡張圧を高める拡張圧調整手段を設けたことを最も主要な特徴とする。

本発明によれば、加工点の温度が所定値以上に上昇した場合には、砥石の切れ味が悪く、砥石とワークとの間で摩擦熱が多く発生していることになり、このとき拡張圧を高めることで砥石の自生をタイミングよく行うことができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態を示すホーニング加工装置の断面図で、図２は図１のＡ−Ａ断面図ある。このホーニング加工装置は、ワークであるシリンダブロック１の被加工孔を備えるライナ３の被加工面となる内面３ａを、ホーニングヘッド５を用いてホーニング加工するものである。

ホーニングヘッド５は、図１中で上下方向に延びるヘッド本体としてのセンタロッド７の下部外周に設けられ、センタロッド７とともに図１中で上下方向に往復移動するとともに、センタロッド７の軸心を中心としてセンタロッド７の後述する回転部３３とともに回転する。

センタロッド７は図２に示すように外形が正六角形状となっており、その外周の各一辺には、作動流体としての作動油を収容する、拡張手段となる流体圧シリンダとしての拡張用油圧シリンダ８のシリンダ本体９をそれぞれ装着している。シリンダ本体９内には、ピストン１１を移動可能に収容して作動油を収容する作動油室１３を形成する。

ピストン１１には、上下一対備えるピストンロッド１５の一端を連結し、ピストンロッド１５の他端（先端）には、図１中で上下方向に長い砥石台１７を介して砥石１９を取り付ける。ピストンロッド１５および砥石台１７内には、砥石１９によるライナ３の内面３ａに対する加工点の熱を、ピストン１１を介して作動油室１３内の作動油に伝達する、拡張圧調整手段となる熱伝達部材としての図示しないヒートパイプを内蔵している。

また、各作動油室１３には、各作動油室１３に対応してセンタロッド７内に形成した作動油通路２１の一端（下端）がそれぞれ連通し、各作動油通路２１の他端（上端）は、各作動油通路２１に対応して設置した油圧サーボバルブ２３に、油圧配管２５を介してそれぞれ接続している。さらに各油圧サーボバルブ２３には、作動油配管２７の一端をそれぞれ接続し、各作動油配管２７の他端は１本の作動油共通配管２９を介して油圧ポンプ３１に接続する。

前記したセンタロッド７は、図３に示すように、筒状の回転部３３と、回転部３３内に収容されて回転部３３に対して相対回転可能な固定部３５とを備えている。回転部３３と固定部３５との間には、図３中で上下方向適宜位置に、ベアリング３７を設けることで、回転部３３を固定部３５に対して回転可能としている。

したがって、上記したセンタロッド７は、回転部３３の外周に前記図１に示した拡張用油圧シリンダ８のシリンダ本体９を固定しており、回転部３３の回転とともに、拡張用油圧シリンダ８を備えるホーニングヘッド５が回転する。

そして、センタロッド７に形成した作動油通路２１は、固定部３５内にて上下方向に延びる鉛直通路２１ａと、回転部３３と固定部３５との相互間にて環状に形成されて、その内側に鉛直通路２１ａの下端が連通する環状通路２１ｂと、回転３３内に形成され、前記環状通路２１ｂの外側と前記作動油室１３とを互いに連通する連通路２１ｃとを、それぞれ備えている。

また、回転部３３はモータ４１によって回転駆動する。モータ４１の駆動軸４３に駆動側プーリ４５を取り付け、一方回転部３３の上端部付近に従動側プーリ４７を取り付け、これら各プーリ４５，４７相互間に伝達ベルト４９を掛け渡してモータ４１の動力を回転部３３に伝達する。固定部３５は、その上部を回転部３３より上方に突出させて装置本体に固定し、前記したモータ４１および回転部３３とともに、これらが一体となって上下動する。

次に、作用を説明する。モータ４１の駆動により回転部３３を回転させてホーニングヘッド５を回転させつつ、これらモータ４１，回転部３３および固定部３５を一体として下降させてホーニングヘッド５をシリンダブロック１のライナ３内に挿入し、その被加工面となる内面３ａをホーニング加工する。

このホーニング加工時には、油圧ポンプ３１に作動により、油圧サーボバルブ２３を介して各作動油室１３に規定の圧力を付与し、ピストン１１を加圧してピストンロッド１５を前進させ、砥石１９に対する規定の拡張圧を発生させている。

この際、上記したホーニング加工に伴い砥石１９の表面が磨耗してホーニング加工が所望に実施できなくなると、砥石１９が内面３ａとの間で摺動した状態となって摩擦熱が発生し、砥石１９が内面３ａとの間の加工点にて温度上昇する。この温度上昇分の熱を、ピストンロッド１５および砥石台１７に内蔵するヒートパイプが、ピストン１１を介して作動油室１３内の作動油に伝達する。加工点の熱を受けた作動油は膨張し、ピストン１１を加圧してピストンロッド１５を前進させる。

これにより、砥石１９の拡張圧が高まってライナ４の内面３ａに対する押し付け力が高まり、砥石１９自ら砥粒を脱落させて、いわゆる砥石１９の自生を行い、切れ味が復元する。砥石１９の自生を行った後は、砥石１９の研削面は当初の鋭利なものとなり、研削加工を当初と同様に所望に実施できる。

ホーニング加工を当初と同様に所望に実施する際には、表面が磨耗した状態で内面３ａに対して摺動するときに比較し、加工点での熱発生が低減するので、加工点の温度は低下する。この温度低下分の熱を、前記と同様にしてピストンロッド１５および砥石台１７に内蔵するヒートパイプが、ピストン１１を介して作動油室１３内の作動油に伝達する。加工点の温度低下した熱を受けた作動油は収縮し、ピストン１１への加圧力を弱めてピストンロッド１５を後退させ、鋭利となった砥石１９による加工を規定の拡張圧にて実施する。

図４は、作動油温度（加工点温度）と砥石１９の拡張量（拡張圧）との関係を示し、加工点の温度上昇に伴って砥石１９の拡張量も上昇している。図５は、加工時間に対する加工点温度を示し、加工点温度が所定値ｔに達した時点で砥石１９の自生がなされ、自生後は加工点温度が低下し、これを繰り返し行っている。

このように、本実施形態では、砥石１９の表面が磨耗してホーニング加工が所望に実施できなくなったときに、砥石１９と被加工面であるライナ３の内面３ａとの間で発生する摩擦熱に伴う加工点の温度上昇に基づいて、拡張圧を高めて砥石１９の自生を行わせるようにしたので、センサ類や複雑な制御回路を必要とすることなく、砥石１９の自生を行うタイミングを的確なものとすることができ、ホーニング加工中に効率よく砥石１９の自生を実施することができる。

この結果、加工精度も安定するとともに、加工時間についても、図５のように、砥石の自生が定期的になされて安定化する。

図６は、本発明の第２の実施形態を示すホーニング加工装置の断面図である。この実施形態は、前記図１に示した第１の実施形態において、拡張圧調整手段としてヒートパイプを使用する代わりに、砥石１９の背面の砥石台１７に温度検出手段としての温度センサ５１を設けるとともに、温度センサ５１の検出温度を取り込んで前記した油圧サーボバルブ２３を制御し、砥石１９による拡張圧を調整する制御手段としてのコントローラ・サーボアンプ５３を設けている。

なお、ここでは、ワークの加工孔径、すなわちライナ３の内径（ボア径）を検出してこのボア径を狙いの値となるようフィードバック制御する、いわゆる定寸装置を備えている。ライナ３のボア径を検出して被加工面（内面３ａ）の加工量を検出する加工量検出手段としては、内面３ａにノズルよりエアを噴出させてその圧力を電圧に変換するエアマイクロメータを使用し、このエアマイクロメータの測定値を基にボア径をねらいの値に近付ける。

次に、第２の実施形態におけるコントローラ・サーボアンプ５３の制御動作を、図７に示すフローチャートに基づき説明する。まず、定寸装置のエアマイクロメータによるライナ３のボア径Ｄを取り込み（ステップ１０１）、ボア径Ｄを狙い値Ｄ1と比較する（ステップ１０３）。ここで、ボア径Ｄが狙い値Ｄ1以上の場合は、ホーニング加工が完了したとして制御を停止する。

一方、ボア径Ｄが狙い値Ｄ1より小さい場合は、温度センサ５１の温度Ｔを取り込み（ステップ１０５）、この温度Ｔを所定値である（設定温度Ｔo−α）および（設定温度Ｔo＋α）と比較する（ステップ１０７）。なお、設定温度Ｔoは、理想的にホーニング加工が進んでいる状態の砥石１９の背面付近の温度とする。

ここで、温度Ｔ≦（設定温度Ｔo−α）の場合は、ボア径の単位時間当たりの変化量（ΔＤ／ｔ）を、その基準値（ΔＤo／ｔ）と比較し（ステップ１０９）、（ΔＤ／ｔ）≧（ΔＤo／ｔ）の場合は、正常に加工が実施されているとして、油圧サーボバルブ２３に対し、本拡張圧調整手段による拡張圧を変化させず一定となるよう制御指令を出力する（ステップ１１１）。

一方、前記ステップ１０９で（ΔＤ／ｔ）＜（ΔＤo／ｔ）の場合、すなわち加工量検出手段が検出する加工量が設定値未満のときに、砥石１９の表面が磨耗して加工が正常に実施されていないとして、油圧サーボバルブ２３に対し、油圧Ｐが（Ｐ＋ΔＰ）となるよう拡張圧を高める制御指令を出力する（ステップ１１３）。なお、ΔＰは、制御１周期当たりに変化させる圧力値（圧力ゲイン）である。

砥石１９の拡張圧を高めることで、第１の実施形態と同様に、ライナ４の内面３ａに対する押し付け力が高まり、砥石１９自ら砥粒を脱落させて、砥石１９の自生を行い、切れ味が復元する。

また、前記ステップ１０７で、温度Ｔ≧（設定温度Ｔo＋α）の場合は、ボア径の単位時間当たりの変化量（ΔＤ／ｔ）を、その基準値（ΔＤo／ｔ）と比較し（ステップ１１５）、（ΔＤ／ｔ）＜（ΔＤo／ｔ）の場合は、砥石１９の表面が磨耗して加工が正常に実施されていないとして、油圧サーボバルブ２３に対し、油圧Ｐが（Ｐ＋ΔＰ）となるよう拡張圧を高める制御指令を出力する（ステップ１１３）。

一方、ステップ１１５で（ΔＤ／ｔ）≧（ΔＤo／ｔ）の場合は、加工量が過剰であるとして、油圧サーボバルブ２３に対し、拡張圧を下げるよう制御指令を出力する（ステップ１１７）。拡張圧を下げることで、ホーニング加工を規定の拡張圧にて実施することになり、加工量を適正に確保して正常なホーニング加工が可能になる。

さらに、前記ステップ１０７で、（設定温度Ｔo−α）＜温度Ｔ＜（設定温度Ｔo＋α）の場合は、ボア径の単位時間当たりの変化量（ΔＤ／ｔ）を、その基準値（ΔＤo／ｔ）と比較し（ステップ１１９）、（ΔＤ／ｔ）≧（ΔＤo／ｔ）の場合は、正常に加工が実施されているとして、油圧サーボバルブ２３に対し、拡張圧を変化させず一定となるよう制御指令を出力する（ステップ１１１）。

一方、（ΔＤ／ｔ）＜（ΔＤo／ｔ）の場合は、砥石１９の表面が磨耗して加工が正常に実施されていないとして、油圧サーボバルブ２３に対し、油圧Ｐが（Ｐ＋ΔＰ）となるよう拡張圧を高める制御指令を出力する（ステップ１１３）。

このように、第２の実施形態においても、砥石１９の表面が磨耗してホーニング加工が所望に実施できなくなったときに、砥石１９と被加工面であるライナ３の内面３ａとの間で発生する摩擦熱に伴う加工点の温度上昇に基づいて、拡張圧を高めて砥石１９の自生を行わせるようにしたので、砥石１９の自生を行うタイミングを的確なものとすることができ、ホーニング加工中に効率よく砥石１９の自生を実施することができる。

また、第２の実施形態においては、温度センサ５１により加工点の温度を検出して拡張圧にフィードバックすると同時に、加工量の変化量も考慮して、砥石１９の自生を行うようにしているので、砥石１９の自生タイミングをより的確なものとすることができるとともに、加工精度をより安定させることができる。

本発明の第１の実施形態を示すホーニング加工装置の断面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 図１のホーニング加工装置におけるセンタロッドの回転部の回転機構を示す断面図である。 作動油温度（加工点温度）と砥石の拡張量（拡張圧）との相関図である。 加工時間と加工点温度との相関図である。 本発明の第２の実施形態を示すホーニング加工装置の断面図である。 第２の実施形態におけるコントローラ・サーボアンプの制御動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１ シリンダブロック（ワーク）
３ａ ライナの内面（被加工面）
７ センタロッド（ヘッド本体）
８ 拡張用油圧シリンダ（流体圧シリンダ，拡張手段）
９ シリンダ本体
１１ ピストン
１５ ピストンロッド
１９ 砥石
５１ 温度センサ（温度検出手段，拡張圧調整手段）
５３ コントローラ・サーボアンプ（制御手段，拡張圧調整手段）

Claims (7)

1. 被加工面を内面に備えたワークの被加工孔内に挿入されかつワークに対して相対回転可能なヘッド本体の外周部に、前記被加工面に対して接近離反移動可能に砥石を設けるとともに、この砥石を、前記被加工面に向けて押し付けるべく拡張させて拡張圧を発生させる拡張手段を前記ヘッド本体に設け、前記砥石の前記被加工面に対する加工点の温度が所定値以上のときに、前記拡張手段による拡張圧を高める拡張圧調整手段を設けたことを特徴とするホーニング加工装置。
2. 前記拡張手段は、作動流体を収容するシリンダ本体と、このシリンダ本体内に移動可能に収容されるピストンに一端が連結されて他端が前記砥石に連結されるピストンロッドとをそれぞれ有する流体圧シリンダで構成し、前記拡張圧調整手段は、前記加工点の熱を前記流体圧シリンダの作動流体に伝達して作動流体を膨張させ、前記ピストンロッドを前進させる熱伝達部材を備えていることを特徴とする請求項１に記載のホーニング加工装置。
3. 前記熱伝達部材は、前記ピストンロッドに組み込んだヒートパイプであることを特徴とする請求項２に記載のホーニング加工装置。
4. 前記拡張圧調整手段は、前記砥石の前記被加工面に対する加工点の温度を検出する温度検出手段と、この温度検出手段が検出する前記加工点の温度が所定値以上のときに、前記拡張手段による拡張圧を高めるよう前記拡張手段を制御する制御手段とを有することを特徴とする請求項１に記載のホーニング加工装置。
5. 前記ワークにおける前記被加工面の加工量を検出する加工量検出手段を設け、前記制御手段は、前記温度検出手段が検出する前記加工点の温度が所定値以上で、かつ前記加工量検出手段が検出する加工量が設定値未満のときに、前記拡張手段による拡張圧を高くする
   ことを特徴とする請求項４に記載のホーニング加工装置。
6. 前記拡張手段は、作動流体を収容するシリンダ本体と、このシリンダ本体内に移動可能に収容されるピストンに一端が連結されて他端が前記砥石に連結されるピストンロッドとをそれぞれ有する流体圧シリンダを備えていることを特徴とする請求項４または５に記載のホーニング加工装置。
7. 被加工面を内面に備えたワークの被加工孔内に挿入されかつワークに対して相対回転可能なヘッド本体の外周部に、前記被加工面に対して接近離反移動可能に砥石を設けるとともに、この砥石を、前記被加工面に向けて押し付けるべく拡張させて拡張圧を発生させる拡張手段を前記ヘッド本体に設け、前記砥石の前記被加工面に対する加工点の温度が所定値以上のときに、前記拡張手段による拡張圧を高めることを特徴とするホーニング加工方法。

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